Joseph von Fraunhofer

Joseph von Fraunhofer (6 de marzo de 1787 – 7 de junio de 1826) fue un óptico alemán primero en estudiar y clasificar las líneas oscuras que aparecen en los espectros del sol. Durante su vida fue conocido como el fabricante de los mejores telescopios refractores de Europa. También perfeccionó el uso de rejillas finas, conocidas como rejillas de difracción, para producir y analizar espectros de luz.

Biografía

Fraunhofer nació en Straubling, Baviera, hijo de Franz Xaver Fraunhofer y Maria Anna Fröhlich. El padre de Fraunhofer era un artesano que producía vidrio decorativo fino. Para cuando Fraunhofer tenía 11 años, había perdido a sus padres, y fue aprendiz de Philipp Anton Weichelsberger, un fabricante de espejos y vidrio decorativo. Si bien Fraunhofer debió haber aprendido mucho sobre la fabricación de vidrio durante su aprendizaje, el entorno era generalmente opresivo, y no se le permitió ni siquiera asistir a clases los domingos que estaban reservadas para aprendices.

Un evento ocurrió en 1801 que iba a cambiar la vida de Fraunhofer y la historia de la ciencia. El complejo de Weichelsberger, que albergaba tanto el estudio de cristal como las viviendas, sufrió un colapso, y Fraunhofer y la esposa de Weichelsberger quedaron atrapadas entre los escombros. La Sra. Weichelsberger perdió la vida en el incidente, pero Fraunhofer, protegida por una viga transversal fuerte, sobrevivió.

La casi muerte y el rescate del joven Fraunhofer llamaron la atención de Maximiliano IV José, Príncipe Elector de Baviera, de quien se dice que estuvo involucrado en el esfuerzo de rescate. Maximiliano invitó a Fraunhofer a su castillo, y fue capaz de proporcionarle algo de apoyo financiero. Maximilian también presionó a Weichelsberger para que permitiera a Fraunhofer asistir a clases el domingo, y lo puso bajo el cuidado de Joseph von Utzschneider, un abogado con inclinaciones empresariales.

Poco después de que Fraunhofer y Utzschneider se conocieran, este último se asoció con Georg Reichenbach y J. Leibherr para abrir el Instituto de Mecánica Matemática Reichenbach Utzschneider Liebherr, dedicado a la fabricación de instrumentos topográficos que requerían lentes de alta calidad para su fabricación.

De aprendiz a gerente

En 1804, Fraunhofer, con la ayuda de una subvención de Maximiliano, intentó establecer su propio negocio, pero no pudo ganar lo suficiente para mantenerse a sí mismo y se vio obligado a regresar a su antiguo empleador. Pero en 1806, Utzschneider le ofreció a Fraunhofer un puesto en el Instituto, que ahora estaba ubicado en la Abadía de Benediktbeuern, anteriormente en manos de la orden benedictina. Allí aprendió el arte de la fabricación de vidrio de Pierre Guinand, que ya había perfeccionado algunas de sus propias innovaciones.

A partir de este momento, Faunhofer comenzó a mostrar su valía. En 1809, a Fraunhofer se le ofreció una sociedad junior en la empresa, y se puso a cargo de sus operaciones diarias, lo que dos años más tarde significaba administrar un personal de más de 40 personas. En 1812 Fraunhofer estaba produciendo lentes refractores de calidad con un diámetro de siete pulgadas, un tamaño respetable para una lente telescópica en ese momento.

Fraunhofer quería resolver el problema de la coloración fantasma en las imágenes de telescopios y otros instrumentos ópticos. Para llevar a cabo esta tarea, decidió analizar la luz del sol y el espectro de diferentes colores que producía cuando pasaba a través de un prisma de vidrio. Con el fin de examinar este efecto con mayor precisión, examinó el espectro de la luz solar con un telescopio, y así inventó el primer espectroscopio. Se sorprendió al encontrar dispersas por todo el espectro, líneas oscuras cuya posición no cambiaba. William Hyde Wollaston observó algunas de las mismas líneas en 1802, pero no sacó conclusiones sólidas del fenómeno.

Líneas de Fraunhofer

En 1814, en una memoria titulada «Tratado de los Poderes Refractivos y Dispersivos de Diferentes Tipos de Vidrio», Fraunhofer publicó los resultados de su investigación sobre las líneas oscuras que encontró no solo en los espectros del Sol, sino también en la Luna, las estrellas y las llamas. Midió el índice de refracción de las diferentes líneas, que debido a que siempre estaban en el mismo lugar en el espectro, eran una indicación de la manera en que se refractaban los rayos de un color particular. Utilizó los resultados de su investigación para mitigar los efectos de la dispersión óptica, que es la fuente de coloración fantasma que disminuye las imágenes ópticas claras.

En 1821, Fraunhofer utilizó una malla de alambre para explorar los efectos de dispersión de pequeñas hendiduras, y descubrió que su malla producía un espectro de luz que estaba observando. Utilizó este conjunto de cables espaciados uniformemente, de dos milésimas de pulgada de grosor y cuatro milésimas de pulgada de separación, para calcular la longitud de onda de la luz de un color en particular, una hazaña lograda por primera vez por Thomas Young en 1802.

Fraunhofer más tarde utilizó líneas grabadas en una placa de vidrio cubierta con pan de oro para producir el mismo efecto que la malla de alambre. Tal disposición se llama rejilla de difracción, y sus propiedades fueron examinadas por primera vez por el astrónomo estadounidense David Rittenhouse en 1786. Ritterhouse, sin embargo, no sacó ninguna conclusión de su descubrimiento. Fraunhofer publicó sus hallazgos en 1821 en una memoria titulada » Nueva Modificación de la Luz por la Influencia Mutua y la Difracción de los Rayos, y las Leyes de esta Modificación.»

En total, Fraunhofer mapeó más de 570 líneas, y designó las características principales con las letras de la A a la K, y las líneas más débiles con otras letras.

Más tarde fue descubierto por Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen que las líneas oscuras se deben a la presencia de elementos en a ] o vapor a través del cual pasa la luz antes de que se analice su espectro. Estos científicos descubrieron que algunas de las líneas en el sol podían reproducirse al pasar luz a través del vapor de sodio producido al quemar cloruro de sodio en una llama. Esto los llevó a la conclusión de que el sodio está presente en el Sol, y que las líneas de Fraunhofer en el espectro solar se producen porque la luz del Sol pasa a través de su propia atmósfera.

Algunas de las líneas de Fraunhofer en la luz solar son absorbidas por elementos de la atmósfera terrestre.

Años más tarde

En 1820 Fraunhofer fue nombrado socio de pleno derecho de su empresa y director del instituto. Debido a los instrumentos ópticos finos que había desarrollado, Baviera superó a Inglaterra como el centro de la industria de la óptica. Incluso los gustos de Michael Faraday fueron incapaces de producir vidrio que pudiera rivalizar con el de Fraunhofer.

Su ilustre carrera finalmente le valió un doctorado honorario de la Universidad de Erlangen en 1822, y, en el mismo año, fue nombrado guardián del museo de la Real Academia de Ciencias de Múnich. En 1824, el rey de Baviera le concedió la Orden del Mérito Civil. Como muchos vidrieros de su época que fueron envenenados por vapores de metales pesados, Fraunhofer murió joven, en 1826, a la edad de 39 años. Se cree que sus recetas de cristal más valiosas se han ido a la tumba con él.

Lentes telescópicas

La firma de Fraunhofer equipó con telescopios a muchos de los observatorios respetables de Europa. Un telescopio refractor de casi diez pulgadas de diámetro fue comprado por el gobierno ruso para su observatorio en Dorpat. Se dice que Fraunhofer tenía planes de ejecutar una lente de telescopio de 18 pulgadas.

Legado

Fraunhofer inventó el espectroscopio, y descubrió 574 líneas oscuras que aparecen en el espectro solar. También estuvo muy cerca de un descubrimiento hecho 40 años después que vinculó los patrones formados por estas líneas oscuras a la composición química de la fuente de luz.

Fraunhofer inventó la rejilla de difracción y al hacerlo transformó la espectroscopia de un arte cualitativo a una ciencia cuantitativa al demostrar cómo se podía medir con precisión la longitud de onda de la luz. Descubrió que los espectros de Sirio y otras estrellas de primera magnitud diferían entre sí y del sol, fundando así la espectroscopia estelar.

En última instancia, sin embargo, su pasión principal seguía siendo la óptica práctica.

Aunque Fraunhofer investigó las líneas oscuras en el espectro con el propósito práctico de mejorar la óptica, era consciente de algunas de las interesantes implicaciones teóricas de su descubrimiento. A otros les quedaba revelar el impacto del trabajo de Fraunhofer. Gran parte de la mecánica cuántica, que aclara la relación entre partículas y ondas, se basa en un análisis de líneas espectrales.

Desafortunadamente, Fraunhofer no dejó detalles sobre la forma en que hizo sus rejillas de difracción, y sus resultados fueron difíciles de duplicar debido al tiempo requerido y el costoso equipo involucrado. Tal vez por eso pasaron 40 años antes de que se hicieran avances apreciables sobre su trabajo pionero.

En la esfera práctica, su trabajo resolvió muchos de los problemas con los que los ópticos habían estado lidiando con respecto a la distorsión cromática que plagaba los sistemas ópticos. Diseñadores posteriores de telescopios y microscopios se basaron en sus éxitos.

Véase también

• de Vidrio
• Gustav Kirchhoff
• Óptica
• Robert Bunsen
• Espectroscopia
• Telescopio

• Aller, Lawrence H. 1991. Átomos, Estrellas y Nebulosas. 3rd ed. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-32512-9
• Anónimo. 1827. Poderes Refractivos y Dispersivos del Vidrio. Foreign Quarterly Review (en inglés). 1:424-434.
• King, Henry C. 2003. La historia del Telescopio. Mineola, Nueva York: Dover Publications. ISBN 0486432653
• Sweetnam, George Kean. 2000. El Comando de la Luz: Escuela de Física y Espectro de Rowland. Philadelphia: American Philosophical Society. ISBN 0871692384

Todos los enlaces recuperados el 8 de junio de 2018.

• Artículo de la Enciclopedia Católica sobre Joseph von Fraunhofer